E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ Krzysztof MADZIAR Grzegorz KĘDZIERSKI, Jerzy PIOTROWSKI, Jerzy SKULSKI, Agnieszka SZYMAŃSKA, Piotr WITOŃSKI, Bogdan GALWAS Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Instytut Łączności
AGENDA Laboratorium TMiO w systemie e-lab Ćwiczenia laboratoryjne w przestrzeni programu nauczania Nasze ćwiczenia Aparatura rzeczywista, a wirtualna Perspektywy, czyli w kierunku laboratorium zdalnego KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 2
LABORATORIUM TMIO W SYSTEMIE E-LAB Ćwiczenia systemu e-lab 1 Badanie obwodów rezonansowych RLC 2 Badanie przetworników DAC i ADC 3 Badanie stanów nieustalonych w obwodach RLC 4 Badanie parametrów wzmacniacza telekomunikacyjnego EDFA 5 Badanie parametrów spektralnych nadajników telekomunikacyjnych 6 Badanie charakterystyk diody półprzewodnikowej i tranzystora bipolarnego 7 Badanie charakterystyk stałoprądowych tranzystora MOS 8 Badanie parametrów wzmacniacza operacyjnego 9 Sterowanie robotem przemysłowym 10 Sterowanie robotem mobilnym 11 Badanie parametrów propagacji fal w liniach długich 12 Badanie parametrów rezonatorów i filtrów mikrofalowych 13 Badanie charakterystyk wzmacniaczy mikrofalowych 14 Badanie procesów przemiany w układach wielkich częstotliwości 15 Badanie podstawowych parametrów transmisyjnych łączy światłowodowych 16 Minimalizacja i testowanie bramek kombinacyjnych 17 Zasady konstrukcji bramek kombinacyjnych CMOS 18 Projektowanie przyrządów wirtualnych w środowisku LabVIEW 19 Analiza sygnałów 20 Badanie filtrów 21 Badanie parametrów wzmacniacza elektroakustycznego KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 3
LABORATORIUM TMIO W SYSTEMIE E-LAB Ćwiczenia systemu e-lab 1 Badanie parametrów propagacji fal w liniach długich 2 Badanie parametrów rezonatorów i filtrów mikrofalowych 3 Badanie charakterystyk wzmacniaczy mikrofalowych 4 Badanie procesów przemiany w układach wielkich częstotliwości 5 Badanie podstawowych parametrów transmisyjnych łączy światłowodowych KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 4
ĆWICZENIA LABORATORYJNE W PRZESTRZENI PROGRAMU NAUCZANIA Zgodność tematyki ćwiczeń wirtualnych z ćwiczeniami stacjonarnymi Ćwiczenia wpisują się w program przedmiotów z oferty OKNO PW: Techniki Wielkich Częstotliwości Technik Transmisji Sygnałów Telekomunikacji Optofalowej Praktyczne uzupełnienie wiedzy wykładowej Rozgrzewka przed zjazdem laboratoryjnym KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 5
ĆWICZENIA LABORATORYJNE W PRZESTRZENI PROGRAMU NAUCZANIA Kolejność ćwiczeń nie jest przypadkowa Ćwiczenia z części mikrofalowej wymagają usystematyzowanej wiedzy z ćwiczeń poprzedzających Zrozumienie zagadnienia propagacji fal w linii długiej ułatwia zrozumienie zasady działania rezonatorów Zagadnienie macierzy rozproszenia pojawia się w (niemal) każdym ćwiczeniu KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 6
NASZE ĆWICZENIA Badanie parametrów propagacji fal w liniach długich Badanie charakterystyk rezonatorów i filtrów mikrofalowych Badanie charakterystyk wzmacniaczy mikrofalowych Badanie procesów przemiany w układach wielkich częstotliwości Badanie podstawowych parametrów transmisyjnych łączy światłowodowych Powiązanie merytoryczne KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 7
NASZE ĆWICZENIA Dokumentacja Wstęp teoretyczny Instrukcja wykonawcza Propozycja sprawozdania Pytania sprawdzające (wejściówka) Instrukcja obsługi przyrządu wirtualnego KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 8
NASZE ĆWICZENIA Co mierzymy? Charakterystyki częstotliwościowe Widmo sygnału wyjściowego Co wyznaczamy? Wszystko co się da na podstawie otrzymanych danych KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 9
NASZE ĆWICZENIA Przykład: 1. W oparciu o wykonany pomiar modułu transmitancji obliczyć współczynnik tłumienia linii współosiowej αwt ( f 1) dla częstotliwości f p p 1. Zależność wiążącą współczynnik tłumienia z modułem transmitancji w decybelach jest następująca: Np S21( fp 1) [db] S21( fp 1) [db] S21( fp 1) [db] αwt ( f p1) = = = m 20 lg e l 20 0.4343 l 8.696 l KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 10
APARATURA RZECZYWISTA A WIRTUALNA Używane przyrządy pomiarowe: Wektorowy analizator obwodów Analizator widma sygnału mikrofalowego i optycznego Generatory sygnałów mikrofalowych Cena zestawu urządzeń pomiarowych: kilkaset tysięcy złotych / stanowisko Mało kto może sobie na to pozwolić KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 11
Rozwiązanie: APARATURA RZECZYWISTA A WIRTUALNA Wirtualny analizator widma KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 12
Rozwiązanie: APARATURA RZECZYWISTA A WIRTUALNA Wirtualny wektorowy analizator obwodów KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 13
Rozwiązanie: APARATURA RZECZYWISTA A WIRTUALNA Dedykowany przyrząd: wirtualne łącze do transmisji światłowodowej KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 14
APARATURA RZECZYWISTA Forma zapisu wyników pomiarów A WIRTUALNA Analizator obwodów: Macierz rozproszenia plik *.s2p Analizator widma: Plik tekstowy z siatką częstotliwości i właściwymi dla nich amplitudami KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 15
APARATURA RZECZYWISTA Macierz rozproszenia A WIRTUALNA Standardowy sposób opisu obwodów mikrofalowych (w reżimie liniowym) Umożliwia skalowalność układów modyfikacja macierzy wynikowej poprzez łańcuchowe mnożenie macierzy elementów składowych Przedstawia wartości zespolonych parametrów S KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 16
APARATURA RZECZYWISTA Pliki z danymi do analizatora widma A WIRTUALNA Opis amplitud składowych częstotliwościowych Dane wejściowe np. z dwóch źródeł sygnałów wymagają obróbki przez przyrząd wirtualny KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 17
APARATURA RZECZYWISTA A WIRTUALNA Korzyści z odwzorowania płyt czołowych Zwiększony poziom realizmu ćwiczenia Przygotowanie do zjazdu kierunkowego Wiele stopni swobody pomiaru Coś może pójść źle Umiejętność odczytu i interpretacji wyników wartość dodana KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 18
APARATURA RZECZYWISTA A WIRTUALNA Umiejętność odczytu i interpretacji wyników KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 19
W KIERUNKU LABORATORIUM ZDALNEGO Możliwe, ale: Konieczność rezerwacji okien czasowych pracy laboratorium dla poszczególnych studentów Wysoki koszt zakupu aparatury Konieczność wykonywania procedury kalibracyjnej W zamian za to: Zwiększenie ilości stopni swobody Urealnienie pomiarów poprzez dodanie czynników losowych KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 20
Dziękuję za uwagę!!! KRZYSZTOF MADZIAR - "E-LAB: LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ" 21